S-AES 加密系统

项目介绍

本项目利用C++/Qt，根据S-AES算法编写和调试程序，提供GUI解密支持用户交互。输入可以是16bit的数据和16bit的密钥，输出是16bit的密文。加密算法使用4个不同的函数或变换：密钥加（Ax）、半字节代替（NS）、行移位（SR）和列混淆（MC），具体流程如下图。

代码结构

项目代码结构按如下组织：

S-AES/
├── src/
│   ├── attack.cpp
│   ├── cbcmodel.cpp
│   └── mainwindow.cpp
├── include/
│   ├── attack.h
│   ├── cbcmodel.h
│   └── mainwindow.h
└── README.md

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第1关：基本测试

项目内容与特性

• 简单加密：使用S-AES算法对16位明文进行单块加密。
• 简单解密：使用相同的S-AES算法对加密后的密文进行解密，验证正确性。

运行界面说明

1. 明文输入框：输入16位二进制形式的明文。
2. 密钥输入框：输入16位二进制密钥。
3. 密文显示框：显示加密后的密文。
4. 加密按钮：触发加密操作。
5. 解密按钮：执行解密操作。
6. 解密后的明文显示框：显示解密后的明文。

功能演示（如图）

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第2关：交叉测试

项目内容与特性

• 算法一致性测试：确保不同组编写的S-AES算法实现可以互操作。
• 跨组加解密：测试A组加密的密文能否被B组正确解密，反之亦然。

运行界面说明

1. 明文输入框：输入16位二进制形式的明文。
2. 密钥输入框：输入16位二进制密钥。
3. 密文显示框：显示加密后的密文。
4. 加密按钮：触发加密操作。
5. 解密按钮：执行解密操作。
6. 解密后的明文显示框：显示解密后的明文。

功能演示（如图）

两组用户（A组和B组）各自输入相同的明文和密钥，系统会：

1. 各自对输入的明文进行S-AES加密。
2. 显示各自加密后的密文。

• 与其他组进行交叉测试，以证明满足算法标准，选择密文为0110111101101011，密钥为1010011100111011，得到密文结果0000011100111000，两组同学编写的程序对明文P进行加密得到相同的密文C。

• 其他组：

• 本组：

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第3关：扩展功能

项目内容与特性

• ASCII编码支持：加密算法的数据输入可以是ASCII编码字符串（分组为2 Bytes），对应地输出也可以是ACII字符串。
• 用户友好性：解决明文和密文适应实际应用中的格式问题。

运行界面说明

1. 明文输入框：输入ASCII编码的明文。
2. 密钥输入框：输入16位二进制密钥。
3. 密文显示框：显示加密后的密文。
4. 加密按钮：触发加密操作。
5. 解密按钮：执行解密操作。
6. 解密后的明文显示框：显示解密后的明文。

功能演示（如图）

用户输入ASCII编码的明文和密钥后，系统会：

1. 将输入的ASCII编码明文转换为二进制形式。
2. 使用S-AES算法逐块加密明文。
3. 显示加密后的密文（可能是乱码）。

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第4关：多重加密

项目内容与功能演示（如图）

• 双重加密：将S-AES算法通过双重加密进行扩展，分组长度仍然是16 bits，但密钥长度为32 bits。

• 三重加密：采用32 bits密钥的模式进行三重加密解密。

• 中间相遇攻击：利用已知的明文和密文对，尝试破解双重加密密钥。

  

1. 输入明文和对应的密文对，以及使用的加密算法（如双重加密的 S-AES），并设置所需的密钥组合（如𝐾1K1和𝐾2K2的长度）。
2. 系统将尝试使用中间相遇攻击方法推测密钥，通过两个加密阶段的结果匹配来找到可能的密钥组合。

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第5关：工作模式基于 S-AES 算法的 CBC 加密与篡改密文实验

本关展示如何使用基于 S-AES 算法的 密码分组链接 (CBC) 模式对较长的明文消息进行加密与解密，并探索密文篡改对解密结果的影响。程序随机生成一个 16 位的二进制初始向量 (IV)，在 CBC 模式下将超过 16 位的密文进行分组加密，同时演示如何在解密时正确处理密文篡改。

项目内容与特性

• CBC 模式加密：基于 S-AES 算法，分块加密长明文，适应超出单块的明文输入。
• 初始向量 (IV) 生成：随机生成 16 位二进制的 IV 并显示，确保加解密双方共享。
• 篡改密文实验：用户可以模拟篡改密文分组，观察篡改前后解密结果的不同，分析 CBC 模式的错误传播特性。

运行界面说明

必备控件

1. 明文输入框：用户输入二进制形式的明文，适应超过 16 位的长输入。
2. 密钥输入框：输入 16 位的二进制密钥。
3. IV 显示框：随机生成 16 位的 IV，便于加解密双方共享。
4. 密文显示框：显示加密后的分组密文。
5. 加密按钮：触发 CBC 加密流程。
6. 解密按钮：执行 CBC 解密流程。
7. 篡改密文按钮：模拟密文篡改，测试解密结果的差异。
8. 解密后的明文显示框：显示解密后的原始明文或篡改后的结果。

功能演示（如图）

1. CBC 加密流程

用户输入明文、密钥后，系统会：

1. 随机生成并显示 16 位 IV。
2. 按 CBC 模式逐块加密明文，将加密结果作为密文显示。

2. CBC 解密流程

在解密页面中，用户可以输入密文、密钥和 IV。

1. 系统按 CBC 模式逐块解密密文。
2. 显示还原的明文结果。

3. 篡改密文实验

用户可以通过点击按钮篡改密文分组，并查看解密后的变化。

项目结果分析

• 正常解密：使用正确的密钥和 IV，可以恢复出原始明文。
• 篡改后的解密：修改密文后，解密结果产生明显错误，体现 CBC 模式的错误传播特性。